Вже майже сто років астрономи намагаються відповісти на питання: яка сила «вистрілює» в космосі протони (позитивно заряджені частинки) з енергією, що майже у 1000 разів перевищує досягнуту на Великому адронному колайдері біля Женеви? Теоретичним поясненням цього явище є те, що це своєрідна «шрапнель» від вибухів супернових. Останні астрономічні дослідження дозволили підтвердити його й емпірично.
Протони становлять близько 90% високоенергетичних заряджених частинок, які постійно бомбардують Землю з космосу. Оскільки космічні магнітні поля змушують їх постійно відхилятися від заданого курсу, визначити їх джерело практично неможливо.
Астрономи довгий час припускали, що саме рештки супернових відіграють роль прискорювачів частинок. Вибухаючи, вони спричинюють ударну хвилю, яка, врізаючись у довколишні гази, стискає та підсилює існуючі там магнітні поля. Заряджені частинки, що у цей момент рухаються крізь них, розганяються до надвисоких енергій, які зберігають сотні тисяч років перш ніж досягнути Землі у вигляді космічних променів.
Випромінювання з різною довжиною хвилі однозначно показують, що електрони (негативно заряджені частинки) отримують високі енергії саме завдяки прискоренню магнітними полями від вибухів супернових. Теоретично протони мали б поводитися так само. Однак емпіричного підтвердженням досі цьому не було.
Два останніх дослідження, одне з яких стосується гамма-променів, а інше космічних джерел видимого світла, можуть поставити остаточну крапку у цій дилемі.
В першому дослідженні вчені використали метод непрямого детектування високоенергетичних протонів в рештках супернових. Коли протони на великих швидкостях вдаряються в інші види матерії, утворюються осколки – недовговічні субатомні частинки, що називаються нейтральними піонами. Кожний піон, в свою чергу, розпадається на два гамма-промені з певними значеннями енергії.
Зосередивши телескоп GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope, «Космічний гамма-телескоп великої дальності») на двох рештках супернових, названих IC 443 та W44, які знаходяться на відстані 3.000 парсек (близько 10.000 світлових років) від Землі, вчені виявили значну концентрацію гамма-променів з саме такими значеннями енергії, які утворюються внаслідок розпаду піонів.
Результати спостереження підтверджують гіпотезу, що протони отримують високі енергії саме у залишках супернових, - стверджує співавтор дослідження Стефан Функ з Університету Каліфорнії. Він додає, що, стикаючись з матерією чи фотонами (квантами світла), електрони також можуть утворювати гамма-випромінювання. Проте для пояснення природи гамма-випромінювання у рештках супернових самих лиш електронів недостатньо, адже «це б потребувало надзвичайно тонкого налаштування (fine-tuning) властивостей двох частинок, що дуже неправдоподібно».
В іншому дослідженні фізик Слад’яна Ніколічіч з Інституту астрономії ім. Макса Планка у Гайдельберзі спостерігала за видимим світлом від атомів водню в районі вибуху супернової 1006. Вона дійшла до висновку, що деякі атоми водню спочатку були одинокими протонами, які ударна хвиля розігнала до надвисоких швидкостей. Ці прискорені частинки згодом перебрали електрони від оточуючого їх водню, породивши в процесі обміну енергією спостережуване світло.
Вчені стверджують, що найвища енергія, яку можуть досягати протони у нашій галактиці, становить 1 млрд. МеВ (1015 еВ). Зафіксувати такі частинки надзвичайно важко, адже телескоп GLAST, який може їх виявити, здатний оглядати лише незначну ділянку неба.
19.02.2013